JP3288615B2 - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの製造方法Info
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Description
リクス型の液晶表示装置の駆動素子として用いられる薄
膜トランジスタ(以下、TFTと称する)の製造方法に
関するものである。
FTをマトリクス状に配列することにより構成されたT
FTアレイ基板と、液晶を組み合わせたアクティブマト
リクス型の液晶表示素子は、画像表示装置の平面化への
期待と共に、フラットディスプレイとして商品化も進め
られ、ノートパソコンやOAモニター用として大きな市
場を開拓すると有望視されている。従来TFTでは、比
較的低温で大面積に堆積が可能な非晶質シリコンを、半
導体層として用いる場合が多い。一例として、図3にT
FTを搭載したTFTアレイ基板の主要部の断面図、図
4にTFTアレイ基板製造工程途中の状態を示す断面図
を示す。図において、1は絶縁性基板、2は絶縁性基板
1上に形成されたゲート電極、8は絶縁性基板1上に形
成された補助容量電極、3はゲート電極2および補助容
量電極8を覆うように形成されたゲート絶縁膜、4はゲ
ート絶縁膜3を介してゲート電極2上に形成されたa−
Si:H(水素原子が添加されたアモルファスシリコ
ン)膜4aからなる半導体層、5は半導体層4上に形成
されたn+ a−Si:H膜5aからなるオーミックコン
タクト層、9は画素電極、10、11はオーミックコン
タクト層5上に形成された一対の電極(ソース電極10
とドレイン電極11)、12は素子全体を覆うように形
成されたパッシベーション膜である。
板1上に第一の導電性薄膜を形成した後、写真製版工程
により第一の導電性薄膜をパターニングし、ゲート電極
2および補助容量電極8を形成する。次にプラズマCV
D法により、ゲート絶縁膜3、次にa−Si:H膜4
a、次にn+ a−Si:H膜5aを連続して成膜した
後、写真製版工程によりa−Si:H膜4aおよびn+
a−Si:H膜5aを島状にパターニングし、半導体層
4およびオーミックコンタクト層5を形成する。次に第
二の導電性薄膜を形成した後、写真製版工程により第二
の導電性薄膜をパターニングし、画素電極9を形成す
る。次にAl−Si合金等による第三の導電性薄膜を形
成した後、写真製版工程により第三の導電性薄膜をパタ
ーニングし、ソース電極10およびドレイン電極11を
形成する。次にソース電極10およびドレイン電極11
をマスクとしてオーミックコンタクト層5をエッチング
し、オーミックコンタクト層5を二つに分断する。次に
プラズマCVD法等によりパッシベーション膜12を形
成する。以上の工程によりTFTを搭載したTFTアレ
イ基板が形成される。
するa−Si:H膜4a、およびオーミックコンタクト
層5を構成するn+ a−Si:H膜5aを連続的に成膜
した後の断面図を示しているが、製造工程では、この後
a−Si:H膜4aおよびn+ a−Si:H膜5aを島
状にパターニングするため、ウェット洗浄した後にフォ
トレジストを塗布し、露光、現像を経てレジストパター
ンを形成する。このとき、n+ a−Si:H膜5aの表
面は成膜直後で疎水性があり、濡れ性が低いため、ウェ
ット洗浄後の乾燥時に乾燥シミが発生する。乾燥シミが
発生すると、後工程において、ソース電極10およびド
レイン電極11をマスクとしてオーミックコンタクト層
5(n+ a−Si:H膜5a)をエッチングするとき、
乾燥シミがマスクとなり、エッチング残さが生じてソー
ス電極10とドレイン電極11が短絡する等の欠陥が発
生し、このようなTFTを液晶表示装置の駆動素子とし
て用いた場合、液晶表示装置に表示不良を生じさせる原
因となる。乾燥シミの発生を防止するためには、オーミ
ックコンタクト層5を構成するn+ a−Si:H膜5a
の表面を親水性にすることが有効であるため、従来はプ
ラズマCVD装置による成膜工程とウェット洗浄工程の
間に、例えばUV処理工程を追加し、n+ a−Si:H
膜5aの表面を酸化し、親水性を付与していた。
タクト層5を構成するn+ a−Si:H膜5aをパター
ニングするときの、エッチング残さの原因となる乾燥シ
ミの発生を防止するために施される、n+ a−Si:H
膜5a表面の親水化処理方法は、以上のようにUV処理
等を施すものであったため、オーミックコンタクト層を
形成するまでの製造装置では対処できず、他の製造装置
による処理工程とする必要があるため、生産性を低下さ
せるなどの問題があった。
ためになされたもので、新たに他の製造装置による処理
工程を増やすことなく、半導体層およびオーミックコン
タクト層を島状にパターニングするための写真製版工程
において、乾燥シミの発生を防止し、乾燥シミによるオ
ーミックコンタクト層(n+ a−Si:H膜)のエッチ
ング残さの発生を防止して、信頼性の高い薄膜トランジ
スタを生産性を低下させずに高歩留りで製造する方法を
提供することを目的とする。
ランジスタの製造方法は、基板上に制御電極を形成する
工程と、制御電極上に絶縁膜、半導体膜、コンタクト膜
を連続して成膜する工程と、コンタクト膜を成膜後、コ
ンタクト膜の表面を窒化処理あるいは酸化処理して上記
コンタクト膜の表面を親水化する工程と、レジストを形
成し、半導体膜およびコンタクト膜をパターニングして
半導体層およびコンタクト層を形成する工程と、制御電
極、絶縁膜、半導体層と共に薄膜トランジスタの一部を
構成する一対の電極を、窒化処理あるいは酸化処理した
コンタクト層上に形成する工程と、一対の電極をマスク
としてコンタクト層をエッチングする工程を含むもので
ある。 また、コンタクト膜の親水化処理は、N2 ガス
プラズマによるコンタクト膜表面の窒化処理である。ま
たは、コンタクト膜の親水化処理は、N2 とHe混合ガ
スプラズマによるコンタクト膜表面の窒化処理である。
または、コンタクト膜の親水化処理は、O2 ガスプラズ
マによるコンタクト膜表面の酸化処理である。
と、制御電極上に絶縁膜、半導体膜、コンタクト膜を連
続して成膜する工程と、コンタクト膜を成膜後、コンタ
クト膜の表面を窒化処理あるいは酸化処理してコンタク
ト膜の表面を親水化する工程と、レジストを形成し、半
導体膜およびコンタクト膜をパターニングして半導体層
およびコンタクト層を形成する工程と、コンタクト膜の
親水化処理により形成された薄膜は、半導体層およびコ
ンタクト層形成後、除去される工程と、除去された後、
制御電極、絶縁膜、半導体層と共に薄膜トランジスタの
一部を構成する一対の電極を、コンタクト膜上に形成す
る工程と、一対の電極をマスクとしてコンタクト層をエ
ッチングする工程を含むものである。
FTの製造方法を図について説明する。図1は本発明の
実施の形態1によるTFTの製造工程途中の状態を示す
断面図である。図において、1は絶縁性基板、2は絶縁
性基板1上に形成された制御電極(本実施の形態ではゲ
ート電極)、3はゲート電極2を覆うように形成された
ゲート絶縁膜、4aはゲート絶縁膜3を介してゲート電
極2上に形成される半導体層を構成するa−Si:H
(水素原子が添加されたアモルファスシリコン)膜、5
aは半導体層上に形成されるオーミックコンタクト層を
構成するn+ a−Si:H膜、6はn+ a−Si:H膜
5aの表面層に形成された窒化珪素膜である。
板1上に導電性薄膜を形成した後、写真製版工程により
導電性薄膜をパターニングし、ゲート電極2を形成す
る。次にプラズマCVD法により、ゲート絶縁膜3、次
にa−Si:H膜4a、次にn+ a−Si:H膜5aを
連続して成膜する。このとき、ゲート絶縁膜3は単層膜
構造あるいは多層膜構造のどちらでもよいが、TFTの
特性および配線容量を考慮して、全膜厚が300nm〜
500nm程度になるよう形成する。また、a−Si:
H膜4aは100nm〜300nm程度、n+ a−S
i:H膜5aは20nm〜50nm程度に形成する。ゲ
ート絶縁膜3、a−Si:H膜4a、およびにn+ a−
Si:H膜5aを成膜後、同じ成膜装置を用い連続し
て、N2 ガスを5SLM流しながら、リアクター内の圧
力を1. 5mbarrに保ち、50Wの高周波をかけて
30sec以上放電させる。このようなN2 ガスプラズ
マで放電させた後には、n+ a−Si:H膜5aの表面
層に極めて薄い窒化珪素膜6が形成される。
Si:H膜5aを島状にパターニングし、半導体層およ
びオーミックコンタクト層を形成するために、n+ a−
Si:H膜5aの表面層に形成された窒化珪素膜6上
に、写真製版工程によりレジストパターンを形成する。
このとき、窒化珪素膜6は親水性であるため、フォトレ
ジスト塗布前のウェット洗浄後の乾燥工程において、乾
燥シミの発生を抑制することができる。その後、従来と
同様の方法により導電性薄膜を形成した後、写真製版工
程によりパターニングして半導体層と共に薄膜トランジ
スタの一部を構成する一対の電極(図示せず)を形成
し、次にこの一対の電極をマスクとしてオーミックコン
タクト層をエッチングしてTFTを形成する。
成するa−Si:H膜4aとオーミックコンタクト層を
構成するn+ a−Si:H膜5aを成膜後、a−Si:
H膜4aとn+ a−Si:H膜5aを成膜した装置内
で、連続して比較的安価なN2ガスを用いてプラズマ放
電を行い、n+ a−Si:H膜5aの表面層に、親水性
を有する極めて薄い窒化珪素膜6を形成することによ
り、n+ a−Si:H膜5aパターニングのためのフォ
トレジスト塗布前のウェット洗浄後の乾燥工程におい
て、乾燥シミの発生を防止し、乾燥シミによるオーミッ
クコンタクト層(n+a−Si:H膜)のエッチング残
さの発生を防止することができる。また、窒化珪素膜6
は極めて薄いため、TFT特性にはほとんど影響を与え
ない。
−Si:H膜5a成膜後、同じ成膜装置において、N2
ガスプラズマ放電によりn+ a−Si:H膜5a表面層
に窒化珪素膜6を形成したが、N2 とHeの混合ガスプ
ラズマ放電によりn+ a−Si:H膜の表面層に窒化珪
素膜を形成することによっても、実施の形態1と同様の
効果が得られると共に、Heガスプラズマは、静電気除
去効果も有するため、n+ a−Si:H膜の静電気除去
を同時に行うことができる。N2 とHeの混合ガスプラ
ズマ放電の条件は、例えばN2 ガスを1SLMおよびH
eガスを4SLM流しながら、リアクター内の圧力を
1. 5mbarrに保ち、50Wの高周波をかけて30
sec以上放電させる。
−Si:H膜5a成膜後、同じ成膜装置において、N2
ガスプラズマ放電によりn+ a−Si:H膜5a表面層
に窒化珪素膜6を形成したが、図2に示すように、O2
ガスプラズマ放電により、n+ a−Si:H膜5aの表
面層に酸化珪素膜7を形成することによっても、実施の
形態1と同様の効果が得られる。O2 ガスプラズマ放電
の条件は、例えばO2 ガスを5SLM流しながら、リア
クター内の圧力を1. 5mbarrに保ち、50Wの高
周波をかけて30sec以上放電させる。なお、実施の
形態1および2で示した窒化珪素膜6および本実施の形
態による酸化珪素膜7は、一対の電極形成前に、バッフ
ァードフッ酸処理により除去してもよい。
と同様の方法により形成されたTFTと、このTFTを
構成する一対の電極のいずれか一方と電気的に接続され
た画素電極を、絶縁性基板上にマトリクス状に配列する
ことにより構成されたTFTアレイ基板と、他の絶縁性
基板上に対向電極等が形成された対向基板を対向させ、
この間に液晶を挟持することにより液晶表示素子を構成
する。本実施の形態によれば、TFTのオーミックコン
タクト層を構成するa−Si:H膜の表面層に、親水性
を有する極めて薄い窒化珪素膜あるいは酸化珪素膜を形
成することにより、n+ a−Si:H膜上への乾燥シミ
の発生を防止して、乾燥シミによるオーミックコンタク
ト層(n+ a−Si:H膜)のエッチング残さの発生を
防止することができると共に、窒化珪素膜および酸化珪
素膜によるTFT特性および液晶駆動素子としての特性
において悪影響のない信頼性の高い薄膜トランジスタを
搭載した、信頼性の高い液晶表示装置を高歩留りで得る
ことができる。
トランジスタの半導体層およびオーミックコンタクト層
を構成するa−Si:H膜およびn+ a−Si:H膜を
成膜後、n+ a−Si:H膜の表面に窒化処理あるいは
酸化処理による親水化処理を施すようにしたため、オー
ミックコンタクト層形成用装置と同じ成膜装置で処理す
ることができ、信頼性の高い薄膜トランジスタを生産性
を低下させずに高歩留りで製造することができる。ま
た、比較的安価なN2 ガスを用い親水化処理を施すこと
ができる。また、親水化処理と同時に静電気除去を行う
ことができる。また、オーミックコンタクト層を構成す
るn+ a−Si:H膜のエッチング残さを有しないと共
に、n+ a−Si:H膜の親水化処理のために形成され
た窒化珪素膜および酸化珪素膜によるTFT特性および
液晶駆動素子としての特性において悪影響のない信頼性
の高い薄膜トランジスタを搭載した、信頼性の高い液晶
表示装置を高歩留りで得ることができる。
スタ製造工程途中の状態を示す断面図である。
スタ製造工程途中の状態を示す断面図である。
FTアレイ基板を示す断面図である。
を示す断面図である。
4a a−Si:H膜、5a n+ a−Si:H膜、6
窒化珪素膜、7 酸化珪素膜。
Claims (5)
- 【請求項1】 基板上に制御電極を形成する工程と、 上記制御電極上に絶縁膜、半導体膜、コンタクト膜を連
続して成膜する工程と、上記コンタクト膜を成膜後、上
記コンタクト膜の表面を窒化処理あるいは酸化処理して
上記コンタクト膜の表面を親水化する工程と、 レジストを形成し、上記半導体膜およびコンタクト膜を
パターニングして半導体層およびコンタクト層を形成す
る工程と、上記制御電極、上記絶縁膜、 上記半導体層と共に薄膜ト
ランジスタの一部を構成する一対の電極を、窒化処理あ
るいは酸化処理した上記コンタクト層上に形成する工程
と、 上記一対の電極をマスクとして上記コンタクト層をエッ
チングする工程を含むことを特徴とする薄膜トランジス
タの製造方法。 - 【請求項2】 コンタクト膜の表面の窒化処理は、N2
ガスプラズマによる処理であることを特徴とする請求項
1記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項3】 コンタクト膜の表面の窒化処理は、N2
とHe混合ガスプラズマによる処理であることを特徴と
する請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項4】 コンタクト膜の表面の酸化処理は、O2
ガスプラズマによる処理であることを特徴とする請求項
1記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項5】 基板上に制御電極を形成する工程と、 上記制御電極上に絶縁膜、半導体膜、コンタクト膜を連
続して成膜する工程と、上記コンタクト膜を成膜後、上
記コンタクト膜の表面を窒化処理あるいは酸化処理して
上記コンタクト膜の表面を親水化する工程と、 レジストを形成し、上記半導体膜およびコンタクト膜を
パターニングして半導体層およびコンタクト層を形成す
る工程と、 上記 コンタクト膜の親水化処理により形成された薄膜
は、上記半導体層およびコンタクト層形成後、除去され
る工程と、 除去された後、上記制御電極、上記絶縁膜、上記半導体
層と共に薄膜トランジスタの一部を構成する一対の電極
を、上記コンタクト膜上に形成する工程と、 上記一対の電極をマスクとしてコンタクト層をエッチン
グする工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの
製造方法。
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